Osmporezeptoren sitzen im Hypothalamus sowie im juxtaglomerulären Apparat der Niere. Diese spezialisierten Zellen messen die Osmolarität der Flüssigkeit außerhalb der Zelle.

Das zellinnere Zytoplasma besitzt eine genau definierte Osmolarität von 290 mosmol.

Ist die extrazelluläre Osmolarität gleich der intrazellulären, so gleichen sich die Diffusionsströme in die Zelle hinein und aus der Zelle hinaus aus, insgesamt kommt es zu keinem Flüssigkeitsstrom.

Fällt jedoch die Osmolarität außerhalb der Zelle ab - zum Beispiel durch erhöhten Salzverlust-, so strömt Flüssigkeit anhand des osmotischen Gradienten von außen in die Zelle hinein. Es folgt eine Zellschwellung. Durch diese Schwellung öffnen sich mechanosensitive Ionenkanäle. Die Folge ist eine Depolarisation der Zellmembran und damit die Ausschüttung von Transmitter-Stoffen oder die Erzeugung eines Aktionspotential. Entsprechend hyperplarisieren die Zellen bei Erhöhung der Osmolarität außerhalb der Zelle. Dies vermittelt auch das Durstgefühl.

Ungeklärt ist bisher die Frage nach der Beendigung des Durstgefühls beim Trinken. Bis die aufgenommene Flüssigkeitsmenge nämlich das Blut und die Osmorezeptoren im Gehirn erreicht hat, vergehen einige Minuten. Das Durstgefühl verschwindet beim Trinken jedoch schon nach Sekunden.

Der Körper besitzt eine Reihe von Hormonen, die an der Homöostase der Osmolartät beteiligt sind. Dazu zählen im Wesentlichen das Vasopressin oder Anti Diuretische Hormon (ADH), Aldosteron und Atrionatriuretische Peptid (ANP oder ANF).